Science et technologie s1281

Le maintien de l'équilibre sanguin (l'homéostasie)

Afin de bien fonctionner, l'organisme doit être capable de garder un certain équilibre. La concentration des sels minéraux dans le sang, le pH sanguin et la proportion d'eau dans le corps humain sont des paramètres surveillés par l'hypophyse, une glande à la base du cerveau. Ces paramètres peuvent être modifiés par les reins, les poumons, ainsi que les glandes sudoripares.

L'action des poumons

Les poumons aident à maintenir un équilibre sanguin adéquat en éliminant le CO2 qui, en trop grande quantité, fait baisser le pH du sang qui est habituellement de 7,4. Cependant, lorsqu'on fait de l'exercice sans bien s'oxygéner, la concentration sanguine de dioxyde de carbone augmente, amenant le pH à une valeur inférieure à 7,35. Il est important que le pH demeure stable afin que les réactions chimiques se déroulant dans l'organisme se fassent efficacement. Pour remédier à cela, le rythme respiratoire va s'accélérer, ce qui élimine plus de CO2 pour que le pH remonte. Si cela ne suffit pas, les reins peuvent aussi rajuster le pH en produisant une urine plus acide.

L'action des reins

Les reins jouent un rôle très important dans le maintien de l'équilibre sanguin puisqu'ils sont responsables de la filtration du sang ainsi que du retrait de la circulation sanguine de certaines substances potentiellement nuisibles à l'organisme. Si, par exemple, on boit beaucoup d'eau, les sels minéraux du sang seront plus dilués et donc leur concentration sera plus faible. En réponse à cela, l'hypophyse commandera aux reins de retirer plus d'eau de la circulation sanguine, ce qui ramènera la concentration des sels minéraux à la normale. À l'inverse, si on mange trop salé, les reins absorberont moins d'eau et plus de sels minéraux, afin d'en diminuer la concentration.

L'action des glandes sudoripares

Les glandes sudoripares, quant à elles, peuvent rétablir l'équilibre sanguin par la variation de la constitution de la sueur. Celle-ci contient de l'eau, des déchets azotés et des sels minéraux. On peut même dire que la sueur a la même composition que l'urine, mais en plus diluée. Lors d'une activité physique soutenue où il y a une forte transpiration, beaucoup d'eau est perdue via la sueur et en réponse à cela, les reins vont retirer moins d'eau de la circulation sanguine.

L'homéostasie et les boucles de régulation (notions avancées)

Les notions abordées dans cette fiche dépassent celles qui sont vues au secondaire. Il s'agit ici d'un complément pour ceux et celles qui sont curieux et curieuses d'en savoir plus.

L’homéostasie est un phénomène par lequel un facteur, comme la température corporelle, est maintenu autour d'une valeur constante pour le corps humain grâce à divers processus de régulation.Le corps humain est un milieu ouvert qui effectue des échanges continuels avec le milieu extérieur. Ces échanges peuvent constituer en gains ou en pertes de matière et d'énergie. Les cellules, qui sont les principales composantes responsables de ces échanges, doivent maintenir un équilibre dans leur composition chimique (comme le pH) et dans certaines caractéristiques physiques (comme la température). 

Pour ce faire, le corps humain possède des mécanismes de régulation permettant aux cellules de réagir si ces paramètres devaient être plus élevés ou plus bas que la valeur normalement attendue. 

Voici une liste non exhaustive des paramètres pouvant être contrôlés par le corps humain.

  • La température corporelle
  • La quantité d'eau présente dans l'organisme
  • La quantité de sucre dans l'organisme
  • La concentration en sels dans les cellules
  • Le stress

Pour effectuer une régulation, soit un retour vers l'équilibre dans le corps humain, plusieurs éléments peuvent être modifiés.

  • Augmentation ou diminution du rythme cardiaque.
  • Augmentation ou diminution du rythme ventilatoire.
  • Dilatation (ouverture) ou constriction (fermeture) des vaisseaux sanguins, pour varier la quantité de sang qui circule dans l'organisme (variation de la pression sanguine).
  • Augmentation de la miction (urine) pour éliminer les excès d'eau et de sels.
  • Augmentation de la sudation, pour éliminer par la sueur des excès d'eau et de sels en plus de diminuer la température corporelle.
  • Augmentation des contractions par les muscles pour produire de la chaleur.
  • Augmentation ou diminution de la faim ou de la soif.

C'est l'hypothalamus, une structure du système nerveux central située dans l'encéphale, qui contrôle en partie les mécanismes de régulation. Cette structure permet de faire le lien entre le système nerveux et le système endocrinien, soit le système qui contrôle la production des hormones. Elle agit de pair avec une glande endocrinienne, l'hypophyse, qui est responsable de la production d'un grand nombre d'hormones dans le corps, notamment les hormones de croissance et les hormones sexuelles.

Les boucles de régulation

Une boucle de régulation, ou mécanisme de régulation, est un mécanisme de contrôle dans l'organisme qui permet de rééquilibrer un paramètre qui a été auparavant modifié au-delà des valeurs normales.Dans une boucle de régulation, il existe plusieurs composantes qui interviennent afin de ramener le corps humain dans un état d'équilibre.

​Composantes ​Rôle
​Récepteur​Détecter le changement qui se produit dans le corps humain.
​Centre de régulation
​Traiter l'information reçue par le récepteur et envoyer une réponse à l'effecteur.
​EffecteurAmener des modifications dans le corps humain afin de favoriser un retour vers l'équilibre.

Ainsi, lorsqu'une perturbation se produit dans le corps humain, ces composantes ont pour objectif de rétablir la situation et de ramener le corps dans un état d'équilibre, soit un état homéostatique.

Voici quelques exemples de boucles de régulation dans le corps humain.

Normalement, la température corporelle est de 37 ºC. Toutefois, si une personne met des vêtements d'hiver, un changement se produira: la température de son corps augmentera. Les récepteurs nerveux de la peau, qui agissent comme récepteurs, détectent le changement de température et envoient l'information au centre de régulation. L'hypothalamus agit ensuite comme centre de régulation, recevant l'information de la peau et envoyant ensuite un message aux vaisseaux sanguins, afin qu'ils se dilatent, et aux glandes sudoripares, afin qu'elles produisent de la sueur. Il se produit une perte de chaleur du corps dans l'environnement, ce qui a pour effet de ramener la température corporelle à son seuil normal.
s1612i1.JPG

Lorsqu'une personne mange une barre de chocolat, la quantité de sucre (glycémie) dans le sang augmente. Le pancréas reçoit le message, et par l'entremise des cellules béta du pancréas, produisent de l'insuline, une hormone libérée dans le sang qui agit sur le foie et les muscles afin de favoriser l'augmentation du stockage du glucose. La quantité de glucose dans le sang diminue, ce qui permet de rétablir l'équilibre.
s1612i2.JPG

Ces boucles de régulation sont des exemples de boucles de rétro-inhibition.

Une boucle de rétro-inhibition est un mécanisme dans lequel la réponse de l'effecteur diminue le changement initial.Ainsi, le corps humain a produit une réponse contraire à la hausse de température en modifiant les effecteurs, produisant une perte de la chaleur corporelle. Il en va de même dans le deuxième exemple: en réponse à une hausse du glucose sanguin, le corps humain a réagi en diminuant le glucose sanguin par le stockage dans les muscles.

Il existe également des boucles de rétro-activation.

Une boucle de rétro-activation est un mécanisme qui amplifie le changement initial, provoquant ainsi une réponse plus intense que celle provoquée au départ par le changement.L'allaitement est un exemple de boucle de rétro-activation.

Lorsqu'un bébé commence à se nourrir du lait maternel, le corps de la femme perçoit des stimulations par les récepteurs sensoriels, qui envoient des informations à partir des seins jusqu'à l'hypothalamus. Cette dernière stimule l'hypophyse, qui libère une hormone, l'ocytocine. Cette hormone entraîne la libération du lait maternel. Au fur et à mesure que le bébé se nourrit, la production de lait augmentera de plus en plus jusqu'à ce que le bébé soit rassasié.
s1612i3.JPG

Les vidéos
Les exercices
Les références